一種全自動(dòng)四輪雙核中速滅火機(jī)器人伺服控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人控制器領(lǐng)域，特別是涉及一種全自動(dòng)四輪雙核中速滅火機(jī)器人伺服控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]滅火機(jī)器人是一中模擬現(xiàn)實(shí)生活中人類發(fā)現(xiàn)有害火源并能夠自動(dòng)熄滅火源的一種新型智能機(jī)器人。一般情況下，比賽型滅火機(jī)器人能夠在一間平面結(jié)構(gòu)房子模型里運(yùn)動(dòng)，在操作規(guī)則指導(dǎo)下以最短的時(shí)間找到代表火源的一根蠟燭并將它熄滅。模擬現(xiàn)實(shí)家庭中機(jī)器人處理火警的過程。蠟燭代表家里燃起的火源，機(jī)器人必須找到并熄滅火源。蠟燭火焰的底部將離地面15?20cm高。蠟燭是直徑l-2cm的白蠟燭。蠟燭火焰的確切高度和尺寸是不確定的、變化的，而且由蠟燭條件和周圍的環(huán)境所決定。蠟燭將隨機(jī)地放在比賽場(chǎng)地的一個(gè)房間里，比賽開始后不管火焰具體是什么尺寸，都要求機(jī)器人能發(fā)現(xiàn)蠟燭。
[0003]在真正的比賽中，為了加大比賽難度，比賽場(chǎng)地被分為n*n格的標(biāo)準(zhǔn)模式，最常采用的是8*8格的均勻模式，其比賽場(chǎng)地二維結(jié)構(gòu)如圖2所示，滅火機(jī)器人將在64格房間里尋找火源并熄滅。在圖2的二維搜尋火源地圖中，墻的材料是木質(zhì)一般且可以反光，每塊擋墻的長(zhǎng)度為60cm長(zhǎng)，高度在27-34cm。比賽場(chǎng)地地面是光滑的，場(chǎng)地的地板是黑色的。場(chǎng)地上的任意縫隙都刷成黑色。場(chǎng)地的縫隙不超過5_。一些機(jī)器人可能用泡沫，粉末或者其他的物質(zhì)來熄滅蠟燭的火焰。由于每一個(gè)機(jī)器人比賽后清洗場(chǎng)地的好壞直接影響到地面情況，故地面不保證在整個(gè)比賽過程中都保持絕對(duì)黑色。一旦啟動(dòng)，滅火機(jī)器人必須在沒有人的干預(yù)下自己控制導(dǎo)航，而非人工控制，為了考驗(yàn)滅火機(jī)器人在搜尋火源過程中的穩(wěn)定性，其不可以碰撞或接觸墻壁，否則將被受到處罰。
[0004]—臺(tái)完整的滅火機(jī)器人大致分為以下幾個(gè)部分:
O電機(jī):執(zhí)行電機(jī)是滅火機(jī)器人的動(dòng)力源，它根據(jù)微處理器的指令來執(zhí)行滅火機(jī)器人在二維平面上行走的相關(guān)動(dòng)作。
[0005]2)算法:算法是滅火機(jī)器人的靈魂。滅火機(jī)器人必須采用一定的智能算法才能準(zhǔn)確快速的從一個(gè)房間到達(dá)另外一個(gè)房間的運(yùn)動(dòng)，然后發(fā)現(xiàn)火源，并開啟自身攜帶的干冰控制器，撲滅火源。
[0006]3)微處理器:微處理器是滅火機(jī)器人的核心部分，是滅火機(jī)器人的大腦。滅火機(jī)器人所有的信息，包括房間墻壁信息，火源位置信息，和電機(jī)狀態(tài)信息等都需要經(jīng)過微處理器處理并做出相應(yīng)的判斷。
[0007]滅火機(jī)器人結(jié)合了多學(xué)科知識(shí)，對(duì)于提升在校學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生課堂知識(shí)的消化和擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面都非常有幫助。國(guó)內(nèi)研發(fā)此機(jī)器人的單位較多，但是研發(fā)的機(jī)器人比較落后，研發(fā)的滅火機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖1，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，即:
(I)作為滅火機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的多是步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)常會(huì)遇到丟失脈沖造成電機(jī)失步現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致對(duì)位置的記憶出現(xiàn)錯(cuò)誤，滅火機(jī)器人無法尋求到火源，或者是滅火后機(jī)器人無法回到起始點(diǎn)，
(2)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得機(jī)體發(fā)熱比較嚴(yán)重，有的時(shí)候需要進(jìn)行加裝散熱裝置，使得機(jī)器人整體重量增加，
(3)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護(hù)，
(4)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)一般不適合在速度較高的場(chǎng)合運(yùn)行，中速運(yùn)動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，有時(shí)候可能會(huì)接觸墻壁，導(dǎo)致尋找火源失敗，
(5)由于滅火機(jī)器人要頻繁的剎車和啟動(dòng)，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無法滿足滅火機(jī)器人快速啟動(dòng)和停止的要求，
(6)相對(duì)采用的都是一些體積比較大的插件元器件，使得滅火機(jī)器人控制系統(tǒng)占用較大的空間，重量相對(duì)都比較重，
(7)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機(jī)控制器經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常，引起滅火機(jī)器人失控，抗干擾能力較差，
(8)對(duì)于兩輪滅火機(jī)器人尋找火源過程來說，一般要求其兩個(gè)電機(jī)的PWM控制信號(hào)要同步，由于受單片機(jī)計(jì)算能力的限制，單一單片機(jī)伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，使得滅火機(jī)器人行走導(dǎo)航很難控制，特別是對(duì)于快速行走時(shí)情況更糟糕，
(9)在實(shí)際滅火過程中，火源未必處在房間格的中心，導(dǎo)致滅火機(jī)器人的行走方向與火源之間有一個(gè)夾角，導(dǎo)致滅火消費(fèi)了大量的干冰，有時(shí)候可能會(huì)無法熄滅火源，
(10)在實(shí)際滅火過程中，由于蠟燭的燃燒，其高度也在發(fā)生變化，這與現(xiàn)實(shí)中的火源也非常相似，但是一般的滅火機(jī)器人攜帶的干冰滅火器的噴嘴高度是固定的，導(dǎo)致無法有效的撲滅火源，
(11)在實(shí)際滅火過程中，普通的光源探測(cè)傳感器會(huì)可能收到外界光源的干擾，導(dǎo)致滅火探尋失敗，無法完成任務(wù)。
[0008]相對(duì)于兩輪承載結(jié)構(gòu)，四輪結(jié)構(gòu)具有承載能力更強(qiáng)、移動(dòng)速度快、控制性能優(yōu)異、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。為了能夠更好的提高滅火機(jī)器人對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力，可用四輪結(jié)構(gòu)替代原有的兩輪結(jié)構(gòu)，因此，需要對(duì)現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的兩輪滅火機(jī)器人控制器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，尋求一種經(jīng)濟(jì)適用的能夠在現(xiàn)實(shí)中的使用中速全自動(dòng)四輪滅火機(jī)器人伺服系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種全自動(dòng)四輪雙核中速滅火機(jī)器人伺服控制器，通過采用STM32F407+MC5X000的全新雙核控制器，同時(shí)引入真空吸附技術(shù)和加速度計(jì)傳感器和陀螺儀，進(jìn)一步提高其行走時(shí)的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性，充分考慮了電池在這個(gè)系統(tǒng)的作用，把控制系統(tǒng)中工作量最大的六軸伺服系統(tǒng)交給MC5X000處理，充分發(fā)揮MC5X000數(shù)據(jù)處理速度相對(duì)較快的特點(diǎn)，把STM32F407從復(fù)雜的六軸伺服控制中解脫出來，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面、房間讀取、房間存儲(chǔ)、坐標(biāo)定位等簡(jiǎn)單功能，在全自動(dòng)四輪雙核中速滅火機(jī)器人伺服控制器的普及上有著廣泛的市場(chǎng)前景。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種全自動(dòng)四輪雙核中速滅火機(jī)器人伺服控制器，包括:供電裝置、STM32F407芯片、MC5X000芯片、傳感組件、圖像采集組件、三軸加速度計(jì)傳感器、陀螺儀和電機(jī)組件， 所述供電裝置電性連接所述STM32F407芯片和所述MC5X000芯片，所述STM32F407芯片通訊連接所述MC5X000芯片且使能所述MC5X000芯片，所述傳感組件、所述圖像采集組件、所述三軸加速度計(jì)傳感器和所述陀螺儀均通訊連接所述MC5X000芯片，所述MC5X000芯片通過所述三軸加速度計(jì)傳感器和所述陀螺儀反饋的滅火機(jī)器人的加速度和速度積分得出位置信息以便進(jìn)行位置補(bǔ)償，所述MC5X000芯片的輸出端通訊連接并驅(qū)動(dòng)控制所述電機(jī)組件，所述電機(jī)組件包括微型電機(jī)和升降電機(jī)，所述微型電機(jī)連接有真空抽吸裝置和微型真空吸盤，所述微型電機(jī)通過所述真空抽吸裝置抽吸所述微型真空吸盤內(nèi)的空氣，使所述微型真空吸盤產(chǎn)生內(nèi)外壓力差形成負(fù)壓，以增加吸附能力、防止打滑，所述升降電機(jī)連接有滅火裝置，
所述傳感組件包括光電傳感器，所述圖像采集模塊通訊連接所述光電傳感器的輸出端，當(dāng)所述光電傳感器感應(yīng)到火源信號(hào)后觸發(fā)開啟所述圖像采集模塊。
[0011 ] 在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述供電裝置為鋰電池。
[0012]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述傳感組件還包括第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器、第五傳感器和第六傳感器，所述第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器、第五傳感器、第六傳感器均為超聲波傳感器。
[0013]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述第一傳感器與所述第六傳感器配合使用感應(yīng)判斷前方的障礙，所述第二傳感器與所述第三傳感器配合使用感應(yīng)判斷左方的障礙，所述第四傳感器與所述第五傳感器配合使用感應(yīng)判斷右方的障礙，所述第二傳感器與所述第三傳感器在不同位置精確測(cè)量到房間左側(cè)從有擋墻到無擋墻或者無擋墻到有擋墻的變化，所述第四傳感器與所述第五傳感器在不同位置精確測(cè)量到房間右側(cè)從有擋墻到無擋墻或者無擋墻到有擋墻的變化，并將所述信號(hào)傳送至所述MC5X000芯片進(jìn)行精確補(bǔ)償。
[0014]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述電機(jī)組件還包括前左輪電機(jī)、前右輪電機(jī)、后左輪電機(jī)和后右輪電機(jī)，所述前左輪電機(jī)、前右輪電機(jī)、后左輪電機(jī)和后右輪電機(jī)分別連接控制所述滅火機(jī)器人的前左輪、前右輪、后左輪和后右輪的運(yùn)動(dòng)。
[0015]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述前左輪電機(jī)、前右輪電機(jī)、后左輪電機(jī)、后右輪電機(jī)、微型電機(jī)和升降電機(jī)均為直流無刷電機(jī)。
[0016]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，還包括光電編碼器，所述光電編碼器分別設(shè)置在所述前左輪電機(jī)、前右輪電機(jī)、后左輪電機(jī)、后右輪電機(jī)、微型電機(jī)和升降電機(jī)上。
[0017]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述電機(jī)組件與所述MC5X000芯片之間設(shè)置有信號(hào)放大裝置。
[0018]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述MC5X000芯片驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)組件的信號(hào)均為PffM波控制信號(hào)。
[0019]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述MC5X000芯片的內(nèi)部還設(shè)置有上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述上位機(jī)系統(tǒng)包括房間探索模塊、房間存儲(chǔ)模塊、路徑讀取模塊、人機(jī)界面模塊和在線輸出模塊，所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括基于MC5X000六軸同步直流無刷和直流混合伺服控制模塊、坐標(biāo)定位模塊、I/O控制模塊和圖像采集模塊，其中，所述基于MC5X000六軸同步直流無刷和直流混合伺服控制模塊包括基于四軸直流無刷電機(jī)滅火機(jī)器人搜尋伺服控制模塊、單軸真空吸盤吸附伺服控制模塊和滅火器單軸升降伺服控制模塊。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明全自動(dòng)四輪雙核中速滅火機(jī)器人伺服控制器具有結(jié)構(gòu)新穎、控制簡(jiǎn)單、速度提升、節(jié)省空間、調(diào)速平穩(wěn)、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，在全自動(dòng)四輪雙核中速滅火機(jī)器人伺服控制器的普及上有著廣泛的市場(chǎng)前景。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1是現(xiàn)有技術(shù)基于單片機(jī)控制的兩輪滅火機(jī)器人的原理圖；
圖2是本發(fā)明的全自動(dòng)四輪雙核中速